FR2501524A1

FR2501524A1 -

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Publication number: FR2501524A1
Application number: FR8203502A
Authority: FR
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1982-09-17
Also published as: DE3109609A1; GB2094658A

Abstract

A.FILTRE POUR SUBSTANCES POLLUANTES DE GAZ D'ECHAPPEMENT. B.LA MATRICE 8 FORMANT FILTRE DANS LAQUELLE PASSENT LES GAZ D'ECHAPPEMENT A EPURER EST CONSTITUEE D'ELEMENTS 10, 11 DE TOLE ONDULEE SUPERPOSES, LES ONDULATIONS 12, 13 D'ELEMENTS VOISINS S'ETENDANT EN FORMANT UN ANGLE LES UNES PAR RAPPORT AUX AUTRES. C.INDUSTRIE AUTOMOBILE.A. FILTER FOR EXHAUST GAS POLLUTANTS. B. THE MATRIX 8 FORMING A FILTER THROUGH WHICH THE EXHAUST GAS TO BE PURIFIED PASS IS CONSTITUTED OF ELEMENTS 10, 11 OF SUPERIMPOSED CORRUGATED SHEET, THE WAVES 12, 13 OF NEIGHBORING ELEMENTS EXTENDING AN ANGLE IN RELATION TO OTHERS. C. AUTOMOTIVE INDUSTRY.

Description

La présente invention concerne un filtre pour subs-The present invention relates to a filter for

tances polluantes de gaz d'échappement, notamment pour éliminer les substances polluantes des gaz de combustion de dispositifs de chauffage alimentés en combustibles fossiles ainsi que de machines à combustion interne, comprenant une matrice formant filtre, qui est disposée dans un bottier et exhaust gas pollutants, in particular for removing pollutants from the combustion gases of fossil fuel-powered heaters and internal combustion machines, comprising a filter matrix, which is arranged in a stacker and

qui est traversée par les gaz d'échappement. which is crossed by the exhaust.

Les gaz d'échappement de dispositifs de chauffage et de moteurs à combustion contiennent un certain nombre de substances polluantes, comme par exemple des oxydes de soufre, de l'oxyde de carbone, des oxydes d'azote et des hydrocarbures,ainsi que des impuretés métalliques,telles The exhaust gases from heating devices and combustion engines contain a number of polluting substances, such as, for example, sulfur oxides, carbon monoxide, nitrogen oxides and hydrocarbons, as well as impurities. metal, such

que le plomb, le cadmium et autres. Des lois sévères im- as lead, cadmium and others. Severe laws

posent des exigences de plus en plus grandes à leur élimi- pose ever greater demands on their elimination

nation.nation.

Jusqu'ici, on a prévu des dispositifs très divers pour se débarrasser des substances polluantes suivant leur type. Dans les dispositifs de chauffage, on ajoute souvent un agent de neutralisation pour éliminer les constituants acides qui s'y forment assez souvent. Pour des moteurs à So far, a variety of devices have been provided to get rid of polluting substances according to their type. In the heaters, a neutralizing agent is often added to remove the acidic constituents that are formed there quite often. For engines with

combustion, on a développé des installations de post-com- combustion, post-combustion facilities have been developed

bustion, des recyclages des gaz d'échappement, des filtres bustion, exhaust gas recycling, filters

ou des catalyseurs pour éliminer notamment l'oxyde de car- or catalysts for removing, in particular,

bone, les oxydes d'azote et aussi des métaux polluants. nitrogen oxides and also polluting metals.

L'invention vise un filtre pour substances polluan- The invention relates to a filter for pollutants

tes,qui se caractérise par la possibilité d'usages multi- tes, which is characterized by the possibility of multi-

ples, par un spectre large d'élimination des substances polluantes, par une construction simple et par une faible the broad spectrum of pollutant removal, simple construction and low

perte de charge.loss of charge.

Suivant l'invention, la matrice formant filtre est constituée d'éléments de tôle ondulée superposés, les sommets According to the invention, the filter matrix consists of superimposed corrugated sheet elements, the vertices

des ondulations d'éléments de tôle ondulée voisins s'éten- corrugations of adjacent corrugated sheet elements extend

dant en formant un angle les uns par rapport aux autres. at an angle to each other.

En raison de cet agencement, les sommets des on- Because of this arrangement, the summits of the

dulations des éléments de tôle ondulée superposés se croi- of superimposed corrugated sheet elements cross

sent sous un angle déterminé, le gaz s'écoulant entre les éléments étant contraint à des modifications de direction correspondantes. Les particules de substances polluantes contenues dans les gaz d'échappement frappent ainsi les the gas flowing between the elements being constrained to corresponding directional changes. The particles of polluting substances contained in the exhaust gases thus hit the

surfaces métalliques, les molécules de substances polluan- metal surfaces, the molecules of pollutants

tes, comme par exemple CO, N02, S02 et d'hydrocarbures se dissociant, diffusant sous forme d'atomes dans le métal et s'y fixant. Des atomes métalliques, comme par exemple such as CO, NO2, SO2 and dissociating hydrocarbons, diffusing as atoms in the metal and attaching thereto. Metallic atoms, for example

de plomb, peuvent être retenus par diffusion et par fixa- lead, may be retained by diffusion and by

tion dans la matrice formant filtre ainsi que par chimi- in the filter matrix as well as by chemi-

sorption et par condensation sur la surface de la matrice. sorption and condensation on the surface of the matrix.

A cet égard, le filtre pour substances polluantes suivant In this respect, the following pollutant filter

l'invention se caractérise par sa simplicité, par sa fai- the invention is characterized by its simplicity, by its

ble perte de charge, par son large spectre d'action et par loss of charge, by its broad spectrum of action and by

sa construction ramassée.its construction picked up.

Suivant un perfectionnement de l'invention, il According to an improvement of the invention, it

est prévu que les sommets des ondulations s'étendent symé- It is expected that the peaks of the undulations will

triquement,donc en formant un même angle, par rapport à triply, therefore at the same angle, with respect to

la direction d'écoulement.the direction of flow.

Suivant la constitution des éléments de tôle ondulée suivant l'invention, la matrice formant filtre According to the constitution of the corrugated sheet elements according to the invention, the filter matrix

peut être constituée différemment. may be constituted differently.

C'est ainsi que les éléments de tôle ondulée peuvent être constitués de plaques de tôle ondulée, de Thus, the corrugated sheet elements can consist of corrugated metal plates,

préférence rectangulaires,qui sont superposées en un pa- preferably rectangular, which are superimposed on one

quet de plaques et forment ainsi la matrice faisant offi- plates and thus form the matrix making official

ce de filtre. Ce paquet de plaques peut être placé dans un boîtier correspondant de section droite rectangulaire, en sorte que les gaz d'échappement sont contraints de this filter. This pack of plates can be placed in a corresponding rectangular cross-section box, so that the exhaust gases are forced to

s'écouler entre les plaques. -flow between the plates. -

Les éléments de tôle ondulée peuvent aussi être aboutés les uns aux autres en une bande repliée en méandres, ce qui permet d'obtenir en principe le même comportement The corrugated sheet elements can also be joined to each other in a folded meander strip, which makes it possible in principle to obtain the same behavior

à l'écoulement que dans le paquet de plaques. to flow only in the pack of plates.

Une autre possibilité consiste à former une bo- bine de tôle ondulée dans laquelle deux bandes de tôle Another possibility is to form a corrugated metal bolster in which two strips of sheet metal

ondulée sont enroulées, par exemple sur un mandrin, en é- corrugated are wound, for example on a mandrel, in

tant superposées. Les deux bandes de tôle ondulée ont m- so superimposed. The two strips of corrugated iron have

lors des sommets d'ondulation de tracés différents, de sorte que les sommets d'ondulations des bandes de tôle at the waving peaks of different plots, so that the ripple peaks of the sheet strips

ondulée voisines sur la bobine forment un angle entre elles. adjacent corrugated on the coil form an angle between them.

Il est recommandé à cet égard d'enrouler en une bobine de tôle deux bandes de tôle ondulée de même type, superposées en sorte que les sommets des ondulations de bandes de tôle In this respect, it is recommended to wind two strips of corrugated sheet of the same type in a sheet metal coil, superimposed so that the peaks of the corrugations of sheet metal strips

voisines se croisent.neighbors cross each other.

Les éléments de tôle ondulée peuvent présenter en section droite des ondulations à peu près sinusoïdales, The corrugated sheet elements may have approximately sinusoidal corrugations in cross-section,

car ces ondulations provoquent de faibles pertes de charge. because these undulations cause low pressure losses.

Mais on peut envisager aussi d'autres formes d'ondulations, par exemple à section droite en forme de triangle ou de trapèze. Le matériau pour les éléments de tôle ondulée But one can also consider other forms of undulations, for example with a cross section in the form of a triangle or trapezoid. The material for corrugated iron elements

peut être adapté à chaque application, notamment à la char- can be adapted to each application, especially to the

ge en température due aux gaz de combustion ainsi qu'à la temperature rise due to the combustion gases as well as

nature de la substance polluante. Pour des gaz de combus- nature of the polluting substance. For fuel gases

tion chauds, les éléments de tôle ondulée doivent être en métaux réfractaires, par exemple en acier réfractaire. Les matériaux réfractaires Incoloy-800 ou Inconel-600 se sont révélés convenir particulièrement bien pour des températures élevées. En revanche, pour des températures plus basses, on When hot, the corrugated metal elements must be made of refractory metals, for example refractory steel. Incoloy-800 or Inconel-600 refractory materials have proven to be particularly suitable for high temperatures. In contrast, for lower temperatures,

peut faire appel, par exemple au cuivre ou à du V2A. can use, for example copper or V2A.

Pour le bottier dans lequel la matrice formant For the casing in which the matrix forming

filtre est placée, on fait appel à des matériaux corres- filter is placed, materials of corresponding

pondants. Un matériau céramique convient particulièrement respondents. A ceramic material is particularly suitable

bien dans la gamme des températures élevées. well in the high temperature range.

La matrice formant filtre suivant l'invention peut être utilisée de manières les plus diverses dans les dispositifs de chauffage ou dans des moteurs à com- The filter matrix according to the invention can be used in a wide variety of ways in heating devices or in combustion engines.

bustion. Une possibilité d'application consiste à inter- bustion. An application possibility consists of inter-

poser les éléments de tôle ondulée entre un brûleur ou un fQyer et un échangeur de chaleur s'y raccordant. Ainsi un gaz de combustion débarrassé des substances polluantes arrive à l'échangeur de chaleur, de sorte que l'on évite des encrassages. Bien entendu, on dispose aussi de la possibilité de placer les éléments de tôle ondulée après l'échangeur de chaleur, ce qui ne fait que diminuer la place the corrugated sheet elements between a burner or fitter and a heat exchanger connected to it. Thus a combustion gas freed of polluting substances arrives at the heat exchanger, so that fouling is avoided. Of course, it is also possible to place the corrugated sheet elements after the heat exchanger, which only reduces the

pollution. On peut incorporer l'échangeur de chaleur dé- pollution. The heat exchanger can be incorporated

crit ci-dessus, par exemple dans des installations de pro- above, for example in

duction d'eau chaude ou des équipements semblables. hot water or similar equipment.

Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'e- In the attached drawing, given solely as e-

xemplexample

La figure 1 est une vue en perspective avec ar- FIG. 1 is a perspective view with

rachement partiel de deux éléments de tôle ondulée super- partial replacement of two super-corrugated sheet metal elements

posés;posed;

La figure 2 est une vue en perspective d'un pa- Figure 2 is a perspective view of a

quet d'éléments de tôle ondulée; La figure 3 est une vue en perspective d'éléments de tôle ondulée repliés en méandres; quet of corrugated iron elements; Figure 3 is a perspective view of meandering folded corrugated sheet metal members;

La figure 4 est une vue en perspective d'une bo- FIG. 4 is a perspective view of a booster

bine d'éléments de tôle ondulée, et of corrugated iron elements, and

La figure 5 est une vue en perspective,avec arra- FIG. 5 is a perspective view, with

chement,d'un échangeur de chaleur dans lequel se trouve a heat exchanger in which is located

un paquet d'éléments de tôle ondulée. a pack of corrugated iron elements.

A la figure 1 sont représentées en perspective, avec arrachement partiel, deux plaques 1, 2 de tôle ondulée In Figure 1 are shown in perspective, partially cut away, two plates 1, 2 corrugated sheet

superposées. Les sommets des ondulations de chacune d'en- superimposed. The peaks of the undulations of each of

tre elles s'étendent rectilignement et parallèlement,les plaques 1, 2 de tôle ondulée ayant une section transversale sinusoïdale. Les plaques 1, 2 de tôle ondulée sont superposées de manière à ce que les sommets des ondulations de l'une des plaques 1 s'étendent en faisant un angle par rapport à ceux de l'autre plaque 2. Du gaz d'échappement à filtrer they extend straight and parallel, the plates 1, 2 corrugated sheet having a sinusoidal cross section. The plates 1, 2 corrugated sheet are superimposed so that the peaks of the corrugations of one of the plates 1 extend at an angle relative to those of the other plate 2. From the exhaust gas to filter

s'écoule alors suivant le sens général de la flèche A en- then flows in the general direction of arrow A in

tre les plaques 1 et 2 de tôle ondulée, de sorte que les sommets des ondulations des deux plaques 1, 2 fassent un plates 1 and 2 of corrugated iron, so that the peaks of the corrugations of the two plates 1, 2 are

même angle c. par rapport au sens de l'écoulement. same angle c. relative to the direction of flow.

Le gaz d'échappement est contraint ainsi à des modifications de direction, si bien que les molécules de substances polluantes contenues dans le gaz d'échappement viennent heurter les parois intérieures. Elles peuvent The exhaust gas is thus forced to changes in direction, so that the molecules of polluting substances contained in the exhaust gas strike the inner walls. They can

s'y dissocier et se fixer sous forme d'atomes dans le mé- to dissociate and fix themselves as atoms in the

tal des plaques 1, 2 de tôle ondulée. Si la matrice for- plates 1, 2 corrugated sheet. If the matrix

mant filtre constituée des plaques 1, 2 de tôle ondulée est conçue d'une manière appropriée, on peut abaisser avec Filter mantle made of plates 1, 2 of corrugated sheet is designed in a suitable way, can be lowered with

une efficacité de filtration de 90% les teneurs en impu- filtration efficiency of 90% the levels of

retés métalliques et de 50 à 90% les teneurs en substances polluantes gazeuses moléculaires, comme S02, CO, N02 et les hydrocarbures, comme il s'en produit par exemple dans metal content and from 50 to 90% the contents of molecular gaseous pollutants, such as SO 2, CO, NO 2 and hydrocarbons, as occurs for example in

des moteurs de combustion.combustion engines.

La conception d'un filtre ayant une matrice for- The design of a filter with a matrix of

mant filtre constitué de plaques 1, 2 de tôle ondulée peut mantle filter consisting of plates 1, 2 of corrugated iron can

s'effectuer suivant le procédé de dimensionnement et d'op- following the sizing and op-

timisation décrit aux demandes de brevet publiées en Ré- described in the patent applications published in Re-

publique Fédérale d'Allemagne sous les numéros 2 655 296 Federal Republic of Germany under number 2 655 296

et 2 655 310.and 2,655,310.

La figure 2 représente une matrice formant fil- Figure 2 shows a filter matrix

tre composée de plaques 3 carrées de tôle ondulée. Les plaques 3 de tôle ondulée ont des ondulations 4 obtenues par empreinte et symbolisées ici par de simples traits, les ondulations 4 des plaques 3 de tôle ondulée voisines étant croisées les unes par rapport aux autres. Le sens général d'écoulement du gaz d'échappement est représenté à nouveau par la flèche A, les ondulations 4 inclinées be composed of 3 square plates of corrugated sheet. The plates 3 of corrugated sheet have corrugations 4 obtained by imprinting and symbolized here by simple lines, the corrugations 4 of the plates 3 of corrugated sheet adjacent being crossed with respect to each other. The general flow direction of the exhaust gas is represented again by the arrow A, the inclined corrugations 4

par rapport à ce sens d'écoulement provoquant des modifi- relative to this direction of flow causing changes

cations de direction du gaz d'échappement. La matrice formant filtre peut être logée dans un bottier adapté direction of the exhaust gas. The filter matrix can be housed in a suitable housing

qui est ouvert suivant la direction d'écoulement. which is open in the direction of flow.

La figure 3 représente une matrice formant fil- Figure 3 shows a matrix forming

tre correspondant à celle de la figure 2, si ce n'est que les plaques de tôle ondulée y sont aboutées en une bande de tôle ondulée qui est repliée en-méandres. La bande 5 de tôle ondulée a des surfaces 6 de tôle ondulée obtenues corresponding to that of Figure 2, except that the sheets of corrugated sheet are abutted in a strip of corrugated sheet which is folded in-meander. The corrugated sheet metal strip 5 has corrugated sheet surfaces 6 obtained

par empreinte de même type. Par le repliage, les surfa- by imprint of the same type. By folding, the surfaces

ces 6 de tôle ondulée viennent l'une sur l'autre en sorte que les ondulations 7isymbolisées à nouveau par des traits, des surfaces 6 de tôle ondulée s'étendent en formant un angle les unes par rapport aux autres. La matrice formant filtre est traversée d'une manière générale suivant le sens de la flèche A avec les modifications de direction these 6 corrugated sheet come on one another so that the corrugations 7isymbolized again by lines, surfaces 6 of corrugated sheet extend at an angle to each other. The filter matrix is traversed generally in the direction of the arrow A with the changes of direction

provoquées par les ondulations 7.caused by ripples 7.

A la figure 4 est représentée une matrice formant filtre qui est constituée d'une bobine 8 de tôle enroulée sur un mandrin 9. La bobine 8 de tôle est constituée,dans FIG. 4 shows a filter matrix consisting of a coil 8 of sheet metal wound on a mandrel 9. The coil 8 of sheet metal is constituted in FIG.

le mode de réalisation représenté,précisément de deux ban- the embodiment shown, precisely two

des 10, 11 de tôle ondulée qui sont tirées simultanément de deux bobines de réserve non représentées. Les bandes 10, 11 of corrugated sheet which are drawn simultaneously from two spare coils not shown. Groups

10, 11 de tôle ondulée ont des ondulations 12, 13 incli- 10, 11 of corrugated sheet have corrugations 12, 13 inclined

nées réparties sur toute leur longueur, ce qui n'est repré- distributed over their entire length, which is not

senté que partiellement à la figure. Elles sont enroulées l'une sur l'autre, en sorte que les ondulations 12, 13 des felt only partially in the figure. They are wound on one another, so that the undulations 12, 13 of the

couches voisines de la bobine 8 de tôle s'étendent en fai- adjacent layers of the coil 8 of sheet metal extend in

sant des angles les unes par rapport aux autres. On ob- at angles to each other. We ob-

tient ainsi essentiellement le même comportement à l'é- thus essentially the same behavior in the

coulement que dans la matrice formant filtre suivant les figures 1 à 3 lorsque la bobine 8 de tôle est traversée suivant le sens de la flèche A. La figure 5 représente le montage en série d'une matrice 16 formant filtre,du type illustré à la figure 2, et d'un dispositif 14 de transmission de chaleur fabriqué only in the filter matrix according to FIGS. 1 to 3 when the sheet metal coil 8 is traversed in the direction of the arrow A. FIG. 5 represents the series connection of a matrix 16 forming a filter, of the type illustrated in FIG. FIG. 2, and a heat transfer device 14 manufactured

en céramique et agencé en couches. La matrice 16 métalli- ceramic and arranged in layers. The metal matrix 16

que formant filtre est placée entre des parois 15 en cérami- filter forming is placed between ceramic walls 15

que,qui font saillie à l'entrée du dispositif 14 de trans- that protrude at the entrance of the device 14 for transmitting

mission de la chaleur sur au moins la longueur de la ma- mission of heat on at least the length of the

trice formant filtre. Les gaz de combustion traversent le dispositif 14 de transmission de la chaleur du haut vers le bas suivant le sens de la flèche A, en sorte que des gaz de combustion débarrassés de substances polluantes arrivent dans le dispositif 14 de transmission de la chaleur. trice forming filter. The combustion gases pass through the heat transfer device 14 from the top to the bottom in the direction of the arrow A, so that combustion gases freed of polluting substances arrive in the heat transfer device 14.

Claims

1) Filter for polluting gas substances

escape, in particular to eliminate

flue gases from fossil fuel-fired heaters and machinery

internal combustion engine comprising a matrix. forming

be, which is arranged in a box and which is crossed

exhaust gases, characterized in that the

trice (8, 16) is composed of elements

(1, 2, 3, 6, 10, 11) of superimposed corrugated iron, the

placing (4, 7) corrugations of adjacent corrugated sheet elements (1, 2, 3, 6, 10, 11) extending at an angle

one against another.

2) Filter according to claim 1, characterized in that the peaks (4, 7) of the corrugations extend symmetrically with respect to the direction of flow.

(arrow A).

3) Filter according to claim 1 or 2, characterized

in that the corrugated sheet elements are

killed plates (1,2,3,6) corrugated iron of rectangular preferences.

4) Filter according to claim 1 or 2, characterized

in that the corrugated iron elements (6) are

to one another in a strip (5) folded into meanders

- 5) Filter according to claim 1 or 2, characterized

in that the corrugated sheet elements consist of at least two strips (10, 11) of corrugated sheet which are wound in superimposed state in a coil (8) of corrugated sheet. 6) A filter according to claim 5, characterized in that two strips (10,11) of corrugated sheet of the same type are wound into a coil (8) of corrugated sheet being superimposed so that the peaks of the corrugations.

strips (10, 11) of adjacent corrugated sheet cross each other.

7) Filter according to one of claims 1 to 6,

characterized in that the corrugated sheet elements (1, 2, 3, 6, 10, 11) have sinusoidal corrugations.

8) Filter according to one of claims 1 to 7,

characterized in that the elements (1, 2, 3, 6, 10, 11)

corrugated iron are made of refractory metals.

9) Filter according to one of claims 1 to 8,

characterized in that the elements (1, 2, 3, 6, 10, 11)

corrugated sheet are Incoloy-800 or Incolen-600.

Filter according to one of Claims 1 to 7,

characterized in that the corrugated sheet elements (1, 2, 3, 6, 10, 11) are of heat-resistant metals,

for example copper or V2A.

11) Filter according to one of claims 1 to 10,

characterized in that the housing (15) is made of ceramic material.

12) Filter according to one of claims 1 to 11,

characterized in that the corrugated sheet elements (16)

interposed between a burner or a fireplace and an exchange

heat (14) connected thereto.

13) Filter according to one of claims I to 12,

characterized in that the corrugated sheet elements

feel a textured surface.

14) Filter according to claim 13, characterized in that the corrugated sheet elements consist of

at least one layer of woven mattes.